CN102218353B - 烃转化催化剂再生烧焦方法及再生器烧焦区结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烃转化催化剂再生烧焦方法及再生器烧焦区结构。解决现有技术中烃转化催化剂烧焦区存在飞温风险等缺点。该方法是：待生催化剂靠重力进入径向催化剂移动床烧焦区，与含氧再生气体接触烧去催化剂上的积炭，然后在重力作用下进入氯氧化区，其中催化剂移动床烧焦区由内筛网和外筛网构成，外筛网下部直径比上部直径大，外筛网的上、下两部分之间由锥形结构连接，直径不同的外筛网与内筛网从上到下形成烧焦区上部快烧段、中间过渡段和下部过热段，快烧段与过热段的催化剂床层厚度比为0.25～1，高度比为1～8。

Description

烃转化催化剂再生烧焦方法及再生器烧焦区结构

技术领域

本发明属于石油化工领域，涉及一种烃转化催化剂再生烧焦方法以及再生器烧焦区的新型结构形式。

背景技术

催化重整是炼油和石油化工领域一种重要的重整工艺过程，也是目前燃料油品质升级的重要手段之一。它通过临氢催化反应将石脑油转化为富含芳烃的重整生成油，并副产氢气和液化石油气。其催化反应过程中伴随着积炭反应，使烃类深度脱氢生成烯烃，烯烃环化及聚合形成稠环芳烃，吸附在催化剂的表面上最终形成积炭，并使催化剂失活。失活的催化剂需经过再生来恢复活性，而催化剂再生过程中最重要的一步是烧焦，即用含氧再生气体燃烧除掉催化剂表面沉积的焦炭。

重整催化剂实现连续再生以后，反应中的催化剂活性始终保持较高水平，大大提高了产品的收率和质量。在重整催化剂连续再生系统的再生器设备中，烧焦区是主要组成部分之一，其主体结构一般由径向烧焦床层和再生气体出入流道组成。催化剂在环形床层内在重力作用下的沿轴向向下缓慢移动，而含氧的再生气体则沿径向通过床层，并与催化剂错流接触，实现催化剂的连续烧焦过程。

在烧焦过程中，环境的湿度、温度以及催化剂在高温区的停留时间，是影响重整催化剂比表面积下降速率的主要因素，决定了催化剂的使用寿命。由于催化剂表面的含氢焦炭在燃烧过程中会生成水气，即催化剂烧焦过程是在高温、含水的环境下进行，因此重整催化剂再生烧焦是影响催化剂寿命的关键环节。在烧焦床层上部，具有较高炭含量和较低温度的催化剂随着气体的加热和燃烧反应的发生，烧炭放出的大量热量使该处床温度迅速上升，温度变化较大，并达到较高的床层温；在床层下部，随着燃烧的消耗，焦炭含量逐渐降低，放热量减小，温度变化较小。从烧焦区整个催化剂床层的炭含量和温度变化趋势可看出，高温且温度变化较大的环境一般出现在床层上部，该处过高的温度和过长的停留时间均对催化剂的性能带来不利影响。

对于径向向心型再生气体烧焦方式来说，由于含氧气体的流向是径向由外往内，氧气通过床层时逐渐消耗，同一水平截面上越靠近外筛网处催化剂烧焦越充分，而越靠近内筛网的催化剂表面的碳未未被烧净的可能性越大，残留的含炭量也相对越高，在实际工况中就体现为床层顶部靠近内筛网的一段区域内形成高炭区。当氧分析仪出现异常时，再生气中氧气含量可能会骤然增大时，此时该高炭区内催化剂所含的焦炭得以充分燃烧，在极短的时间内放出大量热量并顺着气体流向聚集在内筛网附近，使该部分床层内筛网附近温度急剧升高，即“飞温”现象。飞温导致内筛网顶部焊缝附近产生很大的热应力，容易使焊缝破裂、催化剂泄漏到再生气循环系统，导致整个装置紧急停车，给生产带来巨大的经济损失。因此开发出新型的烧焦床层结构形式，调节床层内的温度分布，限制高炭区的体积，防止“飞温”现象、保护再生器，是十分必要的。

USP4,859,643和USP5,277,880提供的再生工艺中，再生器烧焦区内筛网为锥形结构，床层的厚度从上往下由薄变厚，在一定程度上改善了轴向位置的气体流量分布。上部较薄的床层阻力较小，分配的气量较大，下部较厚的床层阻力较大，分配到的气量就少，在一定程度上缓解了催化剂下落过程中前期含炭量高需氧量大、后期含炭量低需氧量较少的实际情况，降低了催化剂在床层上部高温区的停留时间。然而由于上述专利描述的床层厚度是随轴向高度而逐渐增加的一个渐变过程，床层上部的高炭区体积仍然较大，需进一步缩减，飞温的风险依然存在。而且上述专利的再生气体循环回路中没有设置干燥系统，再生气体中水含量高。催化剂的再生烧焦过程是在高温、高水的苛刻工况下完成的，这种高温、高水含量环境极易造成催化剂比表面积的损失，从而缩短催化剂的使用寿命。

在USP5,034,117和CN1045411A提供的再生工艺中，再生器烧焦区为两段烧焦的结构。把烧焦区隔成独立的两段，催化剂床层间通过料腿连接。两段床层具有相同的结构尺寸和不同的再生气体入口条件，下段床层再生气体的入口温度高于上段床层，向两段床层之间的空间补充空气来调节第二段再生气体的入口氧含量。再生循环回路中设置了干燥系统，并采用了分段增压再生，因此再生循环气体水含量较低。但第一段床层顶部靠近催化剂入口处的高炭区体积较大，飞温的风险较大。另外床层分段和第二段床层补氧的措施加大了烧焦段结构的复杂度和对烧焦区氧含量的控制难度，提高了制造难度和投资成本，同时也增加了操作和维修的负担。

发明内容

本发明是针对现有技术中烃转化催化剂(如重整催化剂)烧焦区存在飞温风险等缺点，而提供一种新的催化剂再生烧焦方法及烧焦区结构，使用本发明可有效避免催化剂再生过程中因残炭未能及时燃烧，当系统内气体氧含量突然增大时在床层上部约翰逊内网附近产生飞温，造成约翰逊网损坏的现象出现。

本发明提供一种催化剂再生烧焦方法，来自再生器外或再生器缓冲区的待生催化剂靠重力进入催化剂移动床烧焦区，与含氧再生气体错流接触烧去催化剂上的积炭，然后在重力作用下进入氯氧化区。其特征在于：进入烧焦区的待生催化剂靠重力依次进入烧焦区上部快烧段、中部过渡段和下部过热段，待生催化剂在烧焦区快烧段的停留时间与在烧焦区过热段的停留时间之比为0.25～1，优选0.4～0.8。

本发明还提供一种再生器烧焦区结构，包括径向催化剂移动床，该径向催化剂移动床由筒形内筛网和筒形外筛网构成。其特征在于：构成径向催化剂移动床的外筛网为上、下两个不同直径的圆柱形和中间过渡锥段组成，外筛网下部直径比上部直径大，外筛网的上、下两部分之间由锥形结构连接，直径不同的外筛网与内筛网从上到下形成烧焦区上部快烧段、中间过渡段和下部过热段，其中快烧段与过热段的催化剂床层厚度比为0.25～0.8，优选0.3～0.8，快烧段与过热段的床层高度比为1～8，优选2～5。

本发明与现有技术相比，其优点是：

1)在烧焦区，由于烧焦区的上部催化剂床层厚度小于下部催化剂床层厚度，而较薄的上部床层可限制内筛网顶部焊缝附近的高炭区的体积，与USP4,859,643、USP5,277,880、USP5,034,117和CN1045411A提供的再生工艺相比，在同等的床层体积下床层上部快烧段的厚度更薄，因此更好地限制了约翰逊内网顶部附近的高炭区体积，有效降低了床层飞温烧坏内筛网的风险。

2)通过上薄下厚的催化剂床层分步烧焦，调节了催化剂停留时间和再生气流量在床层内的分布。烧焦区上部床层的催化剂停留时间缩短，再生气流量增大，满足了不同位置燃烧对氧气的需要，使得焦炭能更快的燃烧完毕，提高了烧焦效率。

3)直接把单段床层分为两部分厚薄不等的结构，与专利USP5,034,117和CN1045411A提供的再生工艺中两段烧焦的方法相比，简化了再生器烧焦区的结构，降低了再生器高度，且省去了连接两段床层的催化剂下料腿，节约了设备投资。

附图及附图说明

图1为本发明提供的催化剂再生烧焦方法简单流程图。

图2为本发明再生器烧焦区结构示意图。

图3为本发明烧焦区内、外筛网结构示意图。

图中：

1-待生催化剂；      2-缓冲区；

3-催化剂下料腿；    4-快烧段；

5-过渡段；                               6-过热段；

7-外筛网与再生器内壁围成的再生气空间；

8-内筛网围成的再生气空间；               9-烧焦区催化剂出口；

11-换热器；                              13-循环气碱洗塔；

15-循环气碱洗循环泵；                    19-干燥器；

20-压缩机；                              23-再生气电加热器；

26-过热气电加热器；                      31-放空气碱洗塔；

35-放空气碱循环泵；                      39-内筛网；

40-外筛网；                              41-再生器烧焦区；

42-再生气入口；                          43-过热气入口；

44-再生循环贫氧气出口；

10、12、14、16、17、18、21、22、24、25、27、28、29、30、32、33、34、36、37、38-管线。

具体实施方式

如图2和图3所示，再生器烧焦区41的催化剂床层由筒形内筛网39和筒形外筛网40构成，其中外筛网40的下部直径比上部直径大，上、下两部分之间由锥形结构连接。再生器烧焦区41位于缓冲区2下方，之间由催化剂下料腿3连通。

所述外筛网40的筒形上部与内筛网39构成烧焦区催化剂床层的上部快烧段4，外筛网40的筒形下部与内筛网39构成烧焦区催化剂床层的下部过热段6，外筛网40的锥形连接结构部分与内筛网39构成烧焦区催化剂床层的中间过渡段5。烧焦区快烧段4与烧焦区过热段6的床层厚度比为0.25～1，优选0.4～0.8，烧焦区快烧段4与烧焦区过热段6的高度比为1～8，优选2～5。

结合图1和图2对本发明的简单工艺流程的描述是：待生催化剂1进入再生器缓冲区2，通过催化剂下料腿3进入再生器烧焦区41。图2中所示催化剂下料腿3为两根，本发明对下料腿3的根数不加限制。待生催化剂1靠重力依次通过烧焦区催化剂床层的上部快烧段4、烧焦区催化剂床层的中间过渡段5和烧焦区催化剂床层的下部过热段6，与含氧再生气体接触烧去催化剂上的积炭，然后在重力作用下进入氯氧化区，在烧焦区催化剂床层的上部快烧段4的停留时间与在烧焦区催化剂床层的下部过热段6的停留时间比为0.25～1，优选0.3～0.8。

再生气经管线24，过热气经管线27，分别由再生器烧焦区41中部的再生气入口42和下部的过热气入口43引入再生器，再生气入口42温度为400～470℃，过热气入口43温度为450～500℃，再生气和过热气中的氧含量均为0.3～1.0体积％，水蒸汽含量均为50～200ppmv，再生气和过热气在外筛网与再生器内壁围成的再生气空间7内周向分布，并沿径向向心穿越烧焦区催化剂床层并烧除积炭，然后汇集在再生器内筛网围成的再生气空间8，由管线10经再生循环贫氧气出口44引出再生器。

再生器烧焦区41内的操作绝压为0.6～1.0Mpa。

在再生循环气体回路中，来自管线10的再生气进入换热器11换热后经由管线12进入循环气碱洗塔13，管线33注水，管线16注碱，管线14、17和循环气碱洗循环泵15组成循环气碱洗塔13的塔底注碱循环。碱洗脱除HCl和C02后的再生气经管线18，依次通过干燥器19和压缩机20。干燥增压后的再生气经管线21、换热器11与出再生器的气体换热，然后分成两股分别由管线22、25引入再生气电加热器23和过热气电加热器26，分别加热至400～470℃和400～490℃后返回再生器烧焦区41循环使用。

由管线28从氧氯化区引出的气体，一部分经管线29补充进再生气体循环。另一部分沿管线30进入放空气碱洗塔31，管线32注水，管线37注碱，管线34、36和放空气碱洗循环泵35组成放空气碱洗塔31的塔底注碱循环。碱洗后的气体经管线38放空。

Claims (4)

1.一种烃转化催化剂再生烧焦方法，来自再生器外或再生器缓冲区的待生催化剂靠重力进入径向催化剂移动床烧焦区，与含氧再生气体接触烧去催化剂上的积炭，然后在重力作用下进入氯氧化区，其特征在于：进入烧焦区的待生催化剂靠重力依次进入烧焦区上部快烧段、中部过渡段和下部过热段，待生催化剂在烧焦区快烧段的停留时间与在烧焦区过热段的停留时间之比为0.25～1，其中快烧段与过热段的催化剂床层厚度比为0.25～0.8，快烧段与过热段的床层高度比为1～8。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：待生催化剂在烧焦区快烧段的停留时间与在烧焦区过热段的停留时间之比为0.4～0.8。

3.一种烃转化催化剂再生器烧焦区结构，包括催化剂移动床，催化剂移动床由筒形内筛网和筒形外筛网构成，其特征在于：构成径向催化剂移动床的外筛网为上、下两个不同直径的筒形和中间过渡锥段组成，外筛网下部直径比上部直径大，外筛网的上、下两部分之间由锥形结构连接，直径不同的外筛网上部筒形、中间过渡锥段和下部筒形与内筛网从上到下依次形成烧焦区上部快烧段、中间过渡段和下部过热段，其中快烧段与过热段的催化剂床层厚度比为0.25～0.8，快烧段与过热段的床层高度比为1～8。

4.根据权利要求3所述的再生器烧焦区结构，其特征在于：快烧段与过热段的催化剂床层厚度比为0.3～0.8，快烧段与过热段的床层高度比为2～5。